CN102882632A

CN102882632A - 一种分级优化传输参数的协作基站传输方法

Info

Publication number: CN102882632A
Application number: CN 201110196142
Authority: CN
Inventors: 杨秀梅; 熊勇; 朱磊; 贾国庆; 雷舒培; 易正琨
Original assignee: Shanghai Research Center for Wireless Communications
Current assignee: Shanghai Research Center for Wireless Communications
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: CN102882632B

Abstract

本发明公开了一种分级优化传输参数的协作基站传输方法，包括：计算基站传输复用流数的最小值和最大值；初始化基站传输的复用流数为所述最小值；分级优化得到每个基站的预编码矩阵；记录此时***的和速率；分别计算各个基站在复用流数为m时协作传输的最大和速率；获取所有基站的最大和速率的最大值，将最大和速率的最大值对应的复用流数作为***的最终复用流数；将在最终复用流数时分级优化得到的预编码矩阵作为协作传输时的预编码矩阵，取与各基站的编码矩阵对应的每流编码调制方式作为编码调制方式；将最终复用流数、预编码矩阵、每流编码调制方式反馈给基站。本发明中运算量与协作基站数成线性关系，具有较好的吞吐量性能。

Description

一种分级优化传输参数的协作基站传输方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种分级优化传输参数的协作基站传输方法。

背景技术

多基站协作传输在抑制同频干扰、提升小区边缘用户吞吐量方面具有很好的性能。目前是3GPP LTE Advanced***重点考虑的关键技术之一。多基站协作传输技术主要有两大类：(1)协同调度；(2)联合传输。其中，协同调度机制中，每个基站只传输本小区内的用户信息，协作基站间通过波束赋形等技术降低同频干扰。联合传输时，多个协作基站联合对小区边缘用户进行数据传输。在联合传输机制中，由于引入了更多的设计自由度，更容易设计得到更高吞吐量的实现方案，但是由于多个基站间需要共享信道状态信息和用户数据，反馈开销也比较大。同时，根据信号设计方式的不同，联合传输又分为：多个基站联合服务多个小区边缘用户和多个基站服务一个小区边缘用户两种方式。前一种方式中，多个用户同时受益于协作传输；后一种方式对提高单个小区边缘用户的性能更为有效。

此外，LTE/LTE Advanced***中的多天线传输的主要方式是基于码本预编码技术进行信号传输。在LTE单基站传输***中，用户根据信道状态信息选择合适的复用流数和对应的预编码码本矩阵，然后，根据选定的预编码码本矩阵进一步确定每个多天线复用流使用的编码调制方式。用户确定出上述参数后，分别以信道秩(Rank indicator，RI)、预编码矩阵索引(Precoding matrix index，PMI)、信道质量指示(Channel quality indicator，CQI)的方式将选定的参数反馈给基站端，供基站端进行后续传输时的参考参数配置。这样处理的优势是，可以以较低的反馈开销取得较高的***吞吐量。LTE Advanced***继续采用了码本预编码传输机制。在采用码本预编码机制的协作基站传输***中，用户需要根据多个基站的信道状态信息判断传输参数(RI、PMI、CQI)，以优化用户吞吐量。如何在码本预编码***中进行优化的传输参数选择是协作基站传输的重要问题之一。

LTE***中单个基站选择得到传输参数，由于没有考虑协作基站的信道状态，直接应用于协作传输***时，并不能取得优化的吞吐量性能。另外，如果用户将多个协作基站看作一个大的虚拟单基站多天线***，以优化吞吐量为设计目标时，要得到优化的传输参数，则需要在多个预编码码本和编码调制方式集合内进行遍历，运算量与协作基站数目成指数关系。在码本数目较大时，即使是2个基站进行协作传输，运算量也会较大，如4天线配置，码本数量为16，要得到优化的传输参数，运算次数约为单基站处理的16倍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种分级优化传输参数的协作基站传输方法，该传输方法中的运算量与协作基站数成线性关系。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种分级优化传输参数的协作基站传输方法，包括以下步骤：

步骤一，假设参与协作的基站数为B个，分别记为基站1，基站2，…，基站B；B个基站与同一个用户间的信道矩阵分别记为H₁，H₂，…，H_B；

步骤二，计算获得所述B个基站传输复用流数的最小值m_min和最大值m_max；

步骤三，初始化所述B个基站传输的复用流数为所述最小值m_min；分级优化得到每个基站的预编码矩阵；并记录此时协作传输***的和速率；

步骤四，分别计算各个基站在复用流数为m时协作传输的最大和速率

其中m＝m_min，m_min+1，…，m_max；获取B个基站的所有最大和速率

的最大值将

对应的复用流数作为协作传输***的最终复用流数

步骤五，将在最终复用流数

时分级优化得到的各基站预编码矩阵作为协作传输时的预编码矩阵，取与各基站的编码矩阵对应的每流编码调制方式为协作传输时的编码调制方式；

步骤六，将获得的最终复用流数各基站预编码矩阵、每流编码调制方式反馈给基站。

作为本发明的一种优选方案，步骤二中，所述复用流数的最小值m_min的获取过程为：根据信道矩阵，分别计算B个基站在非协作传输状态下可支持的最大和速率分别为R₁，R₂，…，R_B；并记录取得最大和速率时的复用流数分别为m₁，m₂，…，m_B；比较R₁，R₂，…，R_B的大小，取其中的最大值为最大值和速率R_max，并将最大值和速率R_max对应的复用流数作为协作传输时复用流数的最小值，记为m_min。

作为本发明的另一种优选方案，步骤二中，所述复用流数的最大值m_max的获取过程为：不考虑预编码矩阵时的等效信道矩阵记为H＝[H₁H₂…H_B]，对H进行奇异值分解，得H＝UDV^H；其中，上标(·)^H表示矩阵的共轭转置，U和V分别为左奇异值矩阵和右奇异值矩阵，对角矩阵D的对角元素按降序排列，对角元素记为λ₁，λ₂，…，λ_D；记对角元素中非零元素的个数为d′；从最小奇异值λ_D开始，计算对应子信道的信噪比

其中，σ²为接收信号的噪声方差；判断SNR_D是否满足***的目标需求，若满足，则停止并记录最小奇异值λ_D的下标D；若SNR_D不满足***的目标需求，则计算λ_D-1对应子信道的信噪比，依次类推，直至找到满足***目标需求的子信道信噪比为止；假设第d个子信道的信噪比满足***目标需求，则将协作传输时复用流数的最大值设为d，即m_max＝d；若全部子信道的信噪比均不满足***目标需求，则记m_max＝0；若m_max＝0，则停止计算。

作为本发明的再一种优选方案，步骤三的具体实现过程为：

首先初始化B个基站在复用流数为m时的预编码矩阵，分别记初始化后的预编码矩阵为

然后，依次优化B个基站的初始化预编码矩阵

优化过程为：首先采用前B-1个基站的初始化预编码矩阵，将第B个基站的预编码矩阵在预编码矩阵集合中遍历，选择符合以下准则的预编码矩阵

W_{B}^{2} = \underset{W_{B}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (Σ_{b = 1}^{B - 1} H_{b} W_{b}^{1} + H_{B} W_{B}))

作为第B个基站的预编码矩阵，其中，

为矩阵H奇异分解的最小奇异值；在优化第B-1个基站的预编码矩阵时，采用前B-2个基站的初始化预编码矩阵，以及已经优化的第B个基站的预编码矩阵选择符合以下准则的预编码矩阵

W_{B - 1}^{2} = \underset{W_{B - 1}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (Σ_{b = 1}^{B - 2} H_{b} W_{b}^{1} + H_{B} W_{B}^{2} + H_{B - 1} W_{B - 1}))

作为第B-1个基站的预编码矩阵，依次类推，直至完成第1个基站的预编码矩阵的优化；获得B个优化后的预编码矩阵

的等效信道矩阵

计算获得复用流数为m时协作传输的最大和速率

可以按照容量公式计算得到或者根据实际***采用的编码调制配置方式计算得到，并记录最大和速率时每流的编码调制方式。

作为本发明的再一种优选方案，步骤四的实现过程为：若

则更新复用流数m＝m_min+1，否则停止计算，保留复用流数m＝m_min；在的情况下，继续计算复用流数为m_min+2时协作传输的最大和速率，并继续对复用流数m进行更新，直至复用流数为m_max；最后，取最大和速率

对应的复用流数为协作传输***的最终复用流数

取在最终复用流数时分级优化得到的各基站预编码矩阵为协作传输时的预编码矩阵，取对应的每流编码调制方式为协作传输时的编码调制方式。

作为本发明的再一种优选方案，步骤六中，用户在上行传输时，将传输参数反馈到本小区基站，参与协作的基站则通过基站间的X2接口获得与各自基站相关的传输参数；或者，用户分别向参与协作的基站反馈对应的传输参数；所述传输参数包括最终复用流数各基站预编码矩阵、每流编码调制方式。

本发明的有益效果在于：本发明所述的分级优化传输参数的协作基站传输方法有效地利用了单基站和多基站的信道状态信息，使得方法中的运算量与协作基站数成线性关系，具有较好的吞吐量性能。

附图说明

图1为本发明所述分级优化传输参数的协作基站传输方法的流程示意图；

图2为实施例二所述的基站传输场景示意图。

具体实施方式

本发明针对协作基站传输***中的多个基站服务一个小区边缘用户的传输模式，通过分级优化协作基站中每个基站的传输参数，实现一种分级优化传输参数的协作基站传输方法，该传输方法中的运算量与协作基站数成线性关系；此外，该方法可以应用于以预编码码本为多天线信号传输方式的协作基站传输***中，能够取得较好的吞吐量增益。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种分级优化传输参数的协作基站传输方法，该方法分级优化协作基站中每个基站的传输参数，适用于多个协作基站服务一个小区边缘用户的协作传输模式。此时，***中的每个协作基站均发送相同的用户数据，均采用相同的复用流数和编码调制方式，但每个协作基站的预编码矩阵分别选择。

假设参与协作的基站数为B个，分别记为基站1，2，…，B。B个基站与同一个用户间的信道矩阵分别记为H₁，H₂，…，H_B。多天线复用流数为m时的预编码矩阵个数为L_m个。协作基站可以使用相同的预编码码本，也可以使用不同的预编码码本。

按照上述参数设置，所述分级优化传输参数的协作基站传输方法的具体实现过程如图1所示，包括以下步骤：

(1)计算获得参与协作的基站传输复用流数的最小值。

根据信道矩阵，分别计算B个基站在非协作传输状态下(即，假设每个基站与用户进行单基站传输)可支持的最大和速率，分别记为R₁，R₂，…，R_B；并记录取得最大和速率时的复用流数，分别记为m₁，m₂，…，m_B。比较R₁，R₂，…，R_B的大小，取最大值和速率R_max，并以最大值和速率R_max对应的复用流数作为协作传输时复用流数的最小值，记为m_min。

(2)计算获得参与协作的基站传输复用流数的最大值。

不考虑预编码矩阵时的等效信道矩阵记为H＝[H₁ H₂…H_B]，对H进行奇异值(SingularValue Decomposition，SVD)分解，得H＝UDV^H。其中，上标(·)^H表示矩阵的共轭转置，U和V分别为左奇异值矩阵和右奇异值矩阵，对角矩阵D的对角元素按降序排列，对角元素记为λ₁，λ₂，…，λ_D。记对角元素中非零元素的个数为d′。

从最小奇异值λ_D开始，计算对应子信道的信噪比SNR_D，计算方法为：

{SNR}_{D} = \frac{{λ_{D}}^{2}}{σ^{2}}

其中，σ²为接收信号的噪声方差。判断SNR_D是否满足***的目标需求(如目标误块率指标)，若满足，则停止并记录D；若不满足，则计算λ_D-1对应子信道的信噪比，依次类推，直至找到满足***目标需求的子信道信噪比为止。假设第d个子信道的信噪比满足***目标需求，则将协作传输时复用流数的最大值(记为m_max)设为d，即m_max＝d。若全部子信道的信噪比均不满足***目标需求，则记m_max＝0。若m_max＝0，则停止计算。

(3)初始化B个基站传输的复用流数(记为m)为步骤(1)中所述的最小值，即m＝m_min，分别优化得到每个基站的预编码矩阵，并记录此时协作传输***的和速率。分级预编码矩阵优化方式如下：

首先初始化B个基站在复用流数为m时的预编码矩阵，分别记初始化后的预编码矩阵为：

初始化方法可以是随机在L_m个预编码矩阵中选择，也可以根据某种已有准则进行选择，如距离函数等。

然后，依次优化B个基站的初始化预编码矩阵

基站间的优化顺序可以是随机的，也可以按顺序优化，如先优化第1个基站的预编码矩阵，然后优化第2个基站的预编码矩阵，直至第B个基站，或者倒过来，先优化第B个基站的预编码矩阵，然后优化第B-1个基站的预编码矩阵，直至第1个基站。

下面以最后一种顺序为例，说明基站间分级优化传输参数的过程：

首先，采用前B-1个基站的初始化预编码矩阵，将第B个基站的预编码矩阵在预编码矩阵集合中遍历，选择符合以下准则的预编码矩阵，即

W_{B}^{2} = \underset{W_{B}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (Σ_{b = 1}^{B - 1} H_{b} W_{b}^{1} + H_{B} W_{B}))

作为第B个基站的预编码矩阵，其中，

为矩阵SVD分解的最小奇异值。在优化第B-1个基站的预编码矩阵时，采用前B-2个基站的初始化预编码矩阵，以及已经优化得到的第B个基站的预编码矩阵选择符合以下准则的预编码矩阵，即：

W_{B - 1}^{2} = \underset{W_{B - 1}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (Σ_{b = 1}^{B - 2} H_{b} W_{b}^{1} + H_{B} W_{B}^{2} + H_{B - 1} W_{B - 1})),

依次类推，直至完成第1个基站的预编码矩阵更新。

根据上述分级优化得到的B个预编码矩阵

的等效信道矩阵

计算最大和速率(记为

)，并记录最大和速率时每流的编码调制方式。

(4)按照步骤(3)中所述方法，分别计算复用流数为m时协作传输的最大和速率，记为

其中m＝m_min，m_min+1，…，m_max。计算最大和速率时可以使用容量公式得到；也可以根据实际***采用的编码调制配置方式计算得到。

若则更新复用流数m＝m_min+1，否则停止计算，保留复用流数m＝m_min。在

的情况下，继续计算m_min+2时协作传输的最大和速率，并按照上述方法对复用流数m进行更新，直至复用流数为m_max。最后，取最大和速率

对应的复用流数为协作传输***的最终复用流数

取在最终复用流数

时分级优化得到的各基站预编码矩阵为协作传输时的预编码矩阵，取对应的每流编码调制方式为协作传输时的编码调制方式。

(5)将上述计算得到的协作传输参数(包括：复用流数、每基站预编码矩阵、每流编码调制方式)反馈到基站端。反馈方式可以是，用户在上行传输时，将上述传输参数反馈到本小区基站，其他基站通过基站间的X2接口获得各自基站的相关传输参数；也可以是，用户分别向基站反馈对应基站的传输参数。

上述计算过程中，步骤(1)和步骤(2)无先后顺序要求，如，可以先计算步骤(1)然后计算步骤(2)；也可以先计算步骤(2)，然后计算步骤(1)；或者步骤(1)和步骤(2)采用并行方式分别计算。

上述计算过程中，若信号传输方式为多于1个复用流采用1个编码调制方式，则用于和速率计算的信噪比采用某种映射规则得到，如指数映射等，同时，只反馈实际的编码调制方式。

本发明首先根据基站与用户间的信道状态信息确定复用流数的最小值和最大值，然后在最小和最大值区间内的每个复用流数取值，分级优化每个基站的预编码矩阵并计算相应的协作传输和速率。选择最大和速率对应的传输参数为基站***的传输参数。

实施例二

本实施例以3个基站服务一个小区边缘用户为例对本发明所述的分级优化传输参数的基站传输方法进行说明，即B＝3。

图2给出了基站的传输示例，其中，BS表示基站，UE表示小区边缘用户，Backhaul表示主干网或者基站间的X2接口。每个基站采用LTE定义的码本，基站端天线数为4，用户接收天线数为4，此时，最大复用流数为4，每个流数对应码本中的预编码矩阵个数为16个。3个基站到用户的信道矩阵分别为H₁，H₂和H₃。

接收机估计得到H₁后，按照容量公式计算得到基站1与用户间采用单基站传输时的和速率R₁和支持的复用流数m₁。接收机估计得到H₂后，按照容量公式计算得到基站2与用户间采用单基站传输时的和速率R₂和支持的复用流数m₂。接收机估计得到H₃后，按照容量公式计算得到基站3与用户间采用单基站传输时的和速率R₃和支持的复用流数m₃。假设R₁＞R₂＞R₃，则协作传输最小复用流数m_min＝m₁。

对等效信道矩阵H＝[H₁ H₂ H₃]进行SVD分解，得到H＝UDV^H，其中，对角矩阵D的对角线元素为diag(D)＝[λ₁，λ₂，λ₃，λ₄]。假设为满足***目标误块率的最小子信道信噪比，则协作传输最大复用流数m_max＝2。

取m＝m_min。基站中每个基站的m流复用时的预编码矩阵在16个矩阵中随机选择，如，分别取

为16个预编码矩阵中的第一个预编码矩阵。然后，

将

和

代入：

W_{B}^{2} = \underset{W_{B}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (Σ_{b = 1}^{B - 1} H_{b} W_{b}^{1} + H_{B} W_{B})),

得到优化的

将

和

代入：

W_{2}^{2} = \underset{W_{2}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (H_{1} W_{1}^{1} + H_{3} W_{3}^{2} + H_{2} W_{2})),

得到优化的

将

和代入：

W_{1}^{2} = \underset{W_{1}}{\arg} \max ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{\min} (H_{2} W_{2}^{2} + H_{3} W_{3}^{2} + H_{1} W_{1})),

得到优化的

根据等效信道矩阵

计算最大和速率对应的编码调制方式

取m＝m_min+1。基站中每个基站的m流复用时的预编码矩阵在16个矩阵中随机选择，按照上述流程计算得到各基站的预编码矩阵，并计算得到和速率

假设

则停止计算。

此时，协作传输***的复用流数为m＝m_min，3个基站的预编码矩阵分别为和将m和三个预编码矩阵反馈到基站1，基站2和基站3分别通过共享基站1的信息得到流数和预编码矩阵索引，用于协作传输。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims

1.一种分级优化传输参数的协作基站传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

的最大值

将

对应的复用流数作为协作传输***的最终复用流数

步骤五，将在最终复用流数

步骤六，将获得的最终复用流数

各基站预编码矩阵、每流编码调制方式反馈给基站。

2.根据权利要求1所述的分级优化传输参数的协作基站传输方法，其特征在于，步骤二中，所述复用流数的最小值m_min的获取过程为：根据信道矩阵，分别计算B个基站在非协作传输状态下可支持的最大和速率分别为R₁，R₂，…，R_B；并记录取得最大和速率时的复用流数分别为m₁，m₂，…，m_B；比较R₁，R₂，…，R_B的大小，取其中的最大值为最大值和速率R_max，并将最大值和速率R_max对应的复用流数作为协作传输时复用流数的最小值，记为m_min。

3.根据权利要求1所述的分级优化传输参数的协作基站传输方法，其特征在于：步骤二中，所述复用流数的最大值m_max的获取过程为：不考虑预编码矩阵时的等效信道矩阵记为H＝[H₁ H₂…H_B]，对H进行奇异值分解，得H＝UDV^H；其中，上标(·)^H表示矩阵的共轭转置，U和V分别为左奇异值矩阵和右奇异值矩阵，对角矩阵D的对角元素按降序排列，对角元素记为λ₁，λ₂，…，λ_D；记对角元素中非零元素的个数为d′；从最小奇异值λ_D开始，计算对应子信道的信噪比